脂肪干細(xì)胞基礎(chǔ)與應(yīng)用課件

脂肪干細(xì)胞基礎(chǔ)與臨床

干細(xì)胞（Stemcell，SC）：干細(xì)胞（Stemcell，SC）是有自我復(fù)制、高度增殖和多向化潛能的細(xì)胞群體，這些細(xì)胞以通過細(xì)胞分裂維持自身細(xì)胞的大小，同時(shí)又可以進(jìn)一步分成為各種不同的組織細(xì)胞，從構(gòu)成機(jī)體各種復(fù)雜的組織器官。

干細(xì)胞技術(shù):又稱為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)、甚至基因修飾等過程，在體外繁育出全新的、正常的甚至更年輕的細(xì)胞、組織或器官，并最終通過細(xì)胞、組織或器官的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床疾病的治療。干細(xì)胞是整個(gè)人體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)“材料”。

干細(xì)胞生物學(xué)特性脂肪干細(xì)胞生物學(xué)特性2001年，Zuk等首次從人抽脂術(shù)抽取的脂肪組織中分離出一種多向分化干細(xì)胞，因其與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)形態(tài)相似而稱為脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（ASC）。脂肪干細(xì)胞具有向脂肪、骨、軟骨、肌肉、內(nèi)皮、造血、肝、胰島和神經(jīng)等多種細(xì)胞方向分化的多分化潛能,是一種理想的種子細(xì)胞。因脂肪干細(xì)胞具有分化為脂肪的潛能，且其具有易獲得性、可迅速擴(kuò)增、不易衰老等特點(diǎn)，目前脂肪干細(xì)胞已成為脂肪組織工程中種子細(xì)胞的研究熱點(diǎn)。Zuk等認(rèn)為，ASC可能由多種異源性細(xì)胞構(gòu)成，其中包括內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞以及前體脂肪細(xì)胞等。現(xiàn)有ASC主要由成纖維細(xì)胞以及來自間葉組織的細(xì)胞構(gòu)成，僅伴有少量?jī)?nèi)皮細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞。上述細(xì)胞在ASC中的含量甚低，不可能定向培養(yǎng)分化為其他組織細(xì)胞，但進(jìn)一步確認(rèn)和識(shí)別真正的ASC的表面蛋白及其基因仍是必要的。

脂肪來源干細(xì)胞脂肪來源干細(xì)胞的命名

脂肪來源干細(xì)胞(Adipose

Derived

Stem

Cell,

ADSC)脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞(Adipose

Derived

MsenchymalStem

Cell,

AD-MSC(ASC))脂肪來源血管基質(zhì)成分(StromalVascularFraction,SVF)富含大量的CD34+細(xì)胞,從脂肪組織直接獲得富含一定量的CD34+細(xì)胞,SVF培養(yǎng)P0-P2不富含CD34+細(xì)胞,SVF培養(yǎng)P2之后脂肪干細(xì)胞的鑒定在缺少分化刺激因子的條件下，ASC表面標(biāo)志蛋白有HLA-ABC、CD9、CD10、CD13、CD29、CD34、CD44、CD49、CD54、CD55、CD59、CD105、CD146、CD166；經(jīng)過14d的誘導(dǎo)培養(yǎng)后,ASC雖然發(fā)生了形態(tài)變化，表現(xiàn)出成脂細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞等分化的特征，但表面蛋白的表達(dá)卻大致與未分化前一致，這些表面蛋白與BMSC的表面蛋白很相似。ASC和BMSC均表達(dá)CD13、CD29、CD44、CD105，均不表達(dá)CD31、CD34、CD45、HLA-DR。雖然從分子標(biāo)識(shí)上看ASC和BMSC具有相同的表面粘附分子和受體分子，但兩者仍有區(qū)別。ASC表達(dá)CD49d，而不表達(dá)CD106，BMSC則相反，造成這種區(qū)別的機(jī)制可能與細(xì)胞所處的微環(huán)境及具體功能有關(guān)。間充質(zhì)干細(xì)胞沒有特異的表面標(biāo)志已得到公認(rèn)。免疫組化染色和流式細(xì)胞儀檢測(cè)等免疫表型的結(jié)果對(duì)確認(rèn)脂肪干細(xì)胞有輔助作用，但鑒定脂肪干細(xì)胞的最好方法是進(jìn)行多系定向誘導(dǎo)，并進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)以確定誘導(dǎo)成功。

脂肪干細(xì)胞的表面標(biāo)記

a)粘附分子：ADAS細(xì)胞始終表達(dá)tetraspan蛋白(CD9)、整合素β1(CD29)和α4(CD49d)；細(xì)胞間粘附分子1(ICAM1，CD54)、endoglin(cd102)、血管細(xì)胞粘附分子(VCAM，CD106)及活化的淋巴細(xì)胞粘附分子(ALCAM，CD166)。但不表達(dá)神經(jīng)細(xì)胞粘附分子(NCAM，CD56)、細(xì)胞間粘附分子3(ICAM-3，CD50)、整合素αb(CD11b)和β2(CD18)及內(nèi)皮選擇蛋白(Eselectin，CD62)；b)分子受體：可表達(dá)透明質(zhì)酸鹽(CD44)和轉(zhuǎn)鐵蛋白(CD71)的受體；c)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和糖蛋白：ADAS細(xì)胞能生成Ⅰ和型膠原、骨橋蛋白、ostenectin、Thy-1(CD90)和MUC-18(CD146)；d)肌蛋白：能表達(dá)平滑肌細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白和波形蛋白；e)造血細(xì)胞標(biāo)記：不表達(dá)造血細(xì)胞標(biāo)志物CD14、CD31或CD45；f)補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白：確定能表達(dá)衰變加速因子(CD55)和補(bǔ)體蛋白；g)組織相容性抗原：表達(dá)類組織相容性蛋白HLA-ABC，而不表達(dá)類蛋白HLA-DR。不同的試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果有不同，但這種差異可能是在細(xì)胞分離、培養(yǎng)、純正化方法不同，以及免疫組化技術(shù)和流式細(xì)胞儀敏感性的不同而造成。總的來說，PAL細(xì)胞的免疫表型與已經(jīng)報(bào)道的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是相似的。脂肪干細(xì)胞成脂分化ASC在特定促進(jìn)因素下可分化為脂肪細(xì)胞，長(zhǎng)期培養(yǎng)仍可維持此種分化能力。脂肪細(xì)胞分化過程大致如下：（1）脂肪干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞定向分化，形成脂肪母細(xì)胞（一種尚未出現(xiàn)脂滴的梭形細(xì)胞）；（2）脂肪母細(xì)胞經(jīng)過生長(zhǎng)抑制、克隆性增殖，形成前體脂肪細(xì)胞（此時(shí)細(xì)胞剛開始出現(xiàn)脂滴）；（3）前體脂肪細(xì)胞經(jīng)過生長(zhǎng)抑制、克隆性增殖和一系列基因表達(dá)的變化，形成不成熟脂肪細(xì)胞或多室脂肪細(xì)胞（內(nèi)含大量小脂滴）；（4）多室脂肪細(xì)胞隨著脂肪在細(xì)胞中的沉積，小脂滴逐漸匯集成一個(gè)大脂滴充滿脂肪細(xì)胞的大部分，形成成熟脂肪細(xì)胞或單室脂肪細(xì)胞，成為成熟的脂肪細(xì)胞。目前普遍認(rèn)為脂肪母細(xì)胞是脂肪干細(xì)胞接受相關(guān)刺激，如寒冷、激素、生物活性因子、體外實(shí)驗(yàn)性誘導(dǎo)劑刺激后，由多能變?yōu)閱文芏ㄏ蚍只钠鹗茧A段。前脂肪細(xì)胞的增殖與分化的關(guān)系為：生長(zhǎng)停頓—生長(zhǎng)再續(xù)—細(xì)胞分化。其中生長(zhǎng)停頓是必要的第一步，由單層細(xì)胞形成產(chǎn)生的接觸抑制或是藥物的作用、營養(yǎng)因子缺乏引起。脂肪干細(xì)胞成脂分化脂肪細(xì)胞分化過程中，其細(xì)胞形態(tài)、膜表面蛋白、胞質(zhì)內(nèi)容物和基因表達(dá)均發(fā)生了極大的改變?？梢愿鶕?jù)這些變化來判定脂肪細(xì)胞的分化狀態(tài)。(1)細(xì)胞形態(tài)。脂肪細(xì)胞貼壁后最初為小圓形，核／漿比例增大，4d后即可觀察到細(xì)胞漸成梭形，7d后梭形細(xì)胞擴(kuò)大增殖，開始積聚脂肪顆粒，9d時(shí)可觀察到細(xì)胞由梭形漸變成橢圓形，積聚有脂肪顆粒的細(xì)胞增多。到2周時(shí)分化成多脂滴或單脂滴的細(xì)胞。(2)脂肪細(xì)胞內(nèi)的脂肪含量。對(duì)前脂肪細(xì)胞分化結(jié)果的定性研究一般采用油紅O或甲烯蘭染色，一般來說，前脂肪細(xì)胞在培養(yǎng)的前3d即開始有脂肪的積聚，1周后積聚量明顯增高，2周后達(dá)到高峰。(3)脂肪細(xì)胞分化不同時(shí)期的標(biāo)志物。細(xì)胞開始分化后，隨時(shí)間的推移出現(xiàn)PobmRNA以及LPLmRNA這兩種轉(zhuǎn)化早期的標(biāo)志物，其中前者是體內(nèi)及體外脂肪狀態(tài)的獨(dú)特標(biāo)志物，此時(shí)如果外界條件改變，解除了這種生長(zhǎng)停頓，則前脂肪細(xì)胞的早期標(biāo)志物消失，重新出現(xiàn)生長(zhǎng)和增殖，DNA合成增加。否則，將出現(xiàn)磷酸脫氫酶(GPDH)mRNA這個(gè)晚期標(biāo)志物，并最終變成脂肪細(xì)胞。除了上述分化標(biāo)志外，脂肪細(xì)胞在分化過程中還表達(dá)其他的標(biāo)志物，如早期標(biāo)志物FAtransport，中期標(biāo)志物FAS、HSL、ACC、aP2、GPAT、GDPH，晚期標(biāo)志物ACBP、Leptin?？梢杂肞CR技術(shù)檢測(cè)這些物質(zhì)的mRNA來判斷脂肪細(xì)胞的分化階段。脂肪來源干細(xì)胞臨床實(shí)驗(yàn)

(1)脂肪干細(xì)胞雖然可以在誘導(dǎo)下向脂肪組織分化，但目前誘導(dǎo)分化的機(jī)制尚不清楚。(2)研究發(fā)現(xiàn)，來自于不同個(gè)體、不同部位的脂肪干細(xì)胞的分化能力有明顯差別，其具體原因尚不清楚，但卻為進(jìn)一步探尋脂肪干細(xì)胞在體外誘導(dǎo)分化的條件和最佳供體、供區(qū)提供了新的課題。(3)體外培養(yǎng)的脂肪干細(xì)胞最終要移入體內(nèi)進(jìn)行研究，然而用人體來做實(shí)驗(yàn)是不可能的，所以必須建立動(dòng)物模型。(4)種子細(xì)胞最后移入體內(nèi)還需要有合適的載體（即生物材料），目前關(guān)于生物材料的研究較少，所以特異性組織生物材料也將是一個(gè)重要而廣闊的研究領(lǐng)域。

脂肪干細(xì)胞研究存在問題及展望脂肪干細(xì)胞臨床應(yīng)用優(yōu)越性ASC與其它來源干細(xì)胞相比有顯著的優(yōu)越性：脂肪是人體來源最豐富的組織。相對(duì)于人體其它組織，脂肪干細(xì)胞更易于通過脂肪抽吸術(shù)等方式大量獲得，患者的痛苦小，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的生物學(xué)和解剖學(xué)不良后果。研究發(fā)現(xiàn)250～500mL脂肪抽吸組織可產(chǎn)生超過108個(gè)細(xì)胞。來自自體，具備免疫相容性，不會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)和倫理學(xué)問題。與骨髓干細(xì)胞不同,脂肪干細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖不需要特殊血清，并且在體外增殖速度快，不必進(jìn)行永生化處理就能獲得足夠的細(xì)胞用于移植，這為臨床移植提供了充足的細(xì)胞來源。因此，脂肪干細(xì)胞具有用于脂肪組織工程所需細(xì)胞的理想特性。以脂肪干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的脂肪組織工程有望在乳房再造術(shù)、除皺術(shù)及凹陷畸形矯正術(shù)中發(fā)揮作用。不同部位成體干細(xì)胞來源

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)骨髓來源間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)

自體應(yīng)用無免疫排斥反應(yīng)獲取細(xì)胞對(duì)病人造成的痛苦大,來源于自體（來源受限）,被感染等不安全因素；細(xì)胞相對(duì)擴(kuò)增能力與患者的年齡有關(guān)，越小越好；脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞(ADSC)

自體應(yīng)用無免疫排斥反應(yīng)獲取細(xì)胞對(duì)病人造成的痛苦大,來源于自體（來源受限）,被感染等不安全因素；血液來源間充質(zhì)干細(xì)胞(PBMSC)采集安全,對(duì)病人造成痛苦少，來源廣泛（血液干細(xì)胞庫）含量少，臨床應(yīng)用受限；細(xì)胞擴(kuò)增能力較差；臍帶來源間充質(zhì)干細(xì)胞（HUMSC）

來源廣泛；對(duì)于病人造成的痛苦少；建立生命銀行（干細(xì)胞庫）；細(xì)胞的擴(kuò)增能力強(qiáng)；研究的歷史比較短幾種間充質(zhì)干細(xì)胞的比較20世紀(jì)初，自體顆粒脂肪移植開始應(yīng)用于臨床，由于其吸收率高、存活率低，且并發(fā)癥較多，限制了其在臨床中的應(yīng)用。21世紀(jì)初，通過改進(jìn)脂肪獲取技術(shù)，加速了脂肪血管化，提高了脂肪顆粒移植的成活率。但是壞死、吸收仍然是顆粒脂肪移植的主要并發(fā)癥。1998年，Coleman發(fā)明了結(jié)構(gòu)脂肪（liposuction）移植技術(shù)，即在脂肪移植的整個(gè)過程中保證脂肪細(xì)胞具有更多的完整性和活性，也就是后來所說的Coleman技術(shù)，使脂肪移植的存活率有了很大的提高。近年來，隨著組織工程技術(shù)的迅速發(fā)展，為克服常規(guī)注射顆粒脂肪移植的問題，如吸收、囊腫、硬結(jié)等，Yoshimura等又發(fā)明了細(xì)胞輔助的脂肪移植術(shù)（cell-assistedlipotransfer，CAL），為脂肪移植提供了一種更為可靠的方法。該技術(shù)是將自體脂肪來源干細(xì)胞（Adipose-derivedstemcells，ASCs）與脂肪細(xì)胞混合，聯(lián)合注射移植。脂肪來源干細(xì)胞用于醫(yī)學(xué)美容間質(zhì)血管碎片是CAL最重要的組分ASCs存在于脂肪組織的間質(zhì)血管碎片中（stromalvascularfraction,SVF）。間質(zhì)血管碎片（SVF）是干細(xì)胞輔助脂肪移植中最重要的組分。通過膠原酶消化，從脂肪組織中分離的多種細(xì)胞混合物形成的細(xì)胞團(tuán)就叫做間質(zhì)血管碎片（SVF）。間質(zhì)血管碎片中含有豐富的間充質(zhì)細(xì)胞，可分化為多種譜系的細(xì)胞，是再生醫(yī)學(xué)、組織工程等最理想的種子細(xì)胞。其中主要包括間質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和壁細(xì)胞。另外，SVF中也包括一些血管來源的細(xì)胞，如白細(xì)胞和紅細(xì)胞等，而血管來源細(xì)胞的比率主要取決于個(gè)體出血的多少。在CAL中，不需經(jīng)過人工的分選及培養(yǎng)，直接將分離的新鮮的自體SVF用來做脂肪移植補(bǔ)充物。另外，有研究指出新鮮分離的脂肪干細(xì)胞與培養(yǎng)增殖的干細(xì)胞相比可能在治療方面更具有安全性和有效性。因?yàn)镾VF包含其他細(xì)胞，如血管內(nèi)皮細(xì)胞或巨噬細(xì)胞等，許多研究發(fā)現(xiàn)它們之間有一種協(xié)同效應(yīng)。

ASCs在脂肪移植中的作用脂肪移植后脂肪組織的存活和萎縮的機(jī)制并未得到證明。移植后無微血管的脂肪組織被安置于異位組織中—相對(duì)缺血區(qū)，最初幾天的營養(yǎng)灌注來自于宿主組織周圍組織，直到形成新的微血管。對(duì)于損傷的反應(yīng)，損傷的宿主組織，特別是細(xì)胞外基質(zhì)和死亡的細(xì)胞會(huì)釋放FGF。在修復(fù)過程中，脂肪細(xì)胞（對(duì)缺氧很敏感）在氧壓低于其閾值的情況下24h內(nèi)可能死亡。ASCs更能耐受缺氧，其在缺氧情況下可保持功能72h。在動(dòng)物模型的缺血再灌注損傷的脂肪組織中，ASCs在脂肪移植的修復(fù)過程中及在脂肪化和血管化中起著重要的作用其可調(diào)節(jié)周圍組織中生長(zhǎng)激素及細(xì)胞因子的釋放，并通過分泌各種生長(zhǎng)因子如VEGF,IGF-1防止細(xì)胞凋亡，使脂肪組織的再生和凋亡達(dá)到平衡。ASCs被認(rèn)為是一種脂肪細(xì)胞和血管細(xì)胞的雙重祖細(xì)胞。ASCs可為脂肪組織的轉(zhuǎn)歸和下一代的再生提供原始細(xì)胞，脂肪組織細(xì)胞凋亡后可被ASCs來源的下一代細(xì)胞取代。脂肪組織會(huì)隨著發(fā)育、肥胖而增殖，也會(huì)隨著老齡化、缺血而發(fā)生萎縮，還可在損傷后修復(fù)、缺血再灌注的損傷及脂肪移植后起到塑形作用。CAL技術(shù)簡(jiǎn)介ASCs在細(xì)胞輔助的脂肪移植術(shù)（CAL）中的作用CAL技術(shù)是將新抽取脂肪分成兩份:一份用來提取SVF，另一份作為提取的細(xì)胞外基質(zhì)，兩部分聯(lián)合提高ASCs濃度，注射于受區(qū)。吸脂的脂肪組織與完整脂肪組織相比，ASCs的數(shù)量只有原來的一半。其原因可能是因?yàn)橐徊糠諥SCs停留在大血管周圍或留在受體組織中，一部分ASCs釋放入吸脂脂肪的液體成分中。這種低ASCs比率可能是移植的脂肪組織長(zhǎng)時(shí)間后萎縮的主要原因。在CAL中，脂肪組織可作為有活力的生物支架，使新鮮的包含ASCs的SVF粘附于脂肪組織上，不僅增加了前體細(xì)胞的數(shù)量，還有利于組織血管的形成和ASCs向脂肪組織的轉(zhuǎn)歸，提高了脂肪